Εντοπισμός γεωθερμικού δυναμικού με δεδομένα θερμικής υπέρυθρης ακτινοβολίας και μετρήσεων ραδονίου.
Από RemoteSensing Wiki
Πρωτότυπος τίτλος : Thermal infrared remote sensing and soil gas radon for detecting blind geothermal area
Συγγραφείς : Junliang Sun, Kai Liu, Qingcheng He, Tingxi Yu, Yuefei Deng
Δημοσιεύθηκε : Geothermics, November 2022
Σύνδεσμος πρωτότυπου κειμένου : [[1]]
Λέξεις-κλειδιά : γεωθερμικό δυναμικό, θερμικό υπέρυθρο, Landsat 8, LST, ραδόνιο
Εισαγωγή
Στην παρούσα μελέτη ερευνάτε το γεωθερμικό πεδίο περιοχής στην Κίνα με τη χρήση τηλεσκοπικών δεδομένων Landsat 8, μέσω της ανίχνευσης θερμοκρασιακών ανωμαλιών στην επιφάνεια του εδάφους δύσκολης προσβασιμότητας. Επίσης, εξετάζεται η συσχέτιση των ρηγμάτων με τις θερμοκρασιακές ανωμαλίες, καθώς και ο ρόλος του ραδονίου ως δείκτη ανεύρεσης γεωθερμικού πεδίου.
Περιοχή έρευνας
Η περιοχή είναι πλούσια σε γεωθερμικό δυναμικό και διαθέτει μακρά ιστορία εκμετάλλευσης. Τεκτονικά, αποτελεί ένα κατακερματισμένο αντίκλινο που διατρέχεται από τρία κύρια περιφερειακά ρήγματα, ΝΔ-ΒΑ κατεύθυνσης. Πάνω στη ζώνη των ρηγμάτων έχουν ανακαλυφθεί τουλάχιστον δύο συστήματα θερμών πηγών. Συνεπώς, η έρευνα για τον εντοπισμό γεωθερμικών πόρων επικεντρώνεται επάνω στις ζώνες των ρηγμάτων.
Εικόνα 1. 1 : Άργιλος και άμμος (Τεταρτογενές), 2 : Γρανίτης (Κρητιδικό), 3 : Γρανίτης (Ιουρασικό), 4 : Γρανίτης (Σιλλούριο), 5 : Χαλαζιακός ψαμμίτης, σχιστόλιθος και φυλλίτης (Κάμβριο), 6 : Πυριτική ζώνη θραύσης, 7 : Ρήγμα, 8 : Θέση μέτρησης ραδονίου στο έδαφος, 9 : Θερμή πηγή.
Υλικά και μέθοδοι
Ανίχνευση της θερμοκρασίας της γήινης επιφάνειας
Η μέθοδος με τη μεγαλύτερη ακρίβεια για την ανίχνευση της θερμοκρασίας της γήινης επιφάνειας (Land Surface Temperature, LST) που εφαρμόζεται στην παρούσα έρευνα, είναι η αυτή που βασίζεται στην εξίσωση μεταφοράς ακτινοβολίας με χρήση του καναλιού 10. Ο αλγόριθμος εξαλείφει την επίδραση της ατμόσφαιρας στην θερμική ακτινοβολία βασιζόμενος στην εξίσωση μεταφοράς της θερμικής υπέρυθρης ακτινοβολίας (Thermal Infrared Radiation, TIR), έτσι ώστε η μέτρηση της θερμοκρασίας της γήινης επιφάνειας να είναι ακριβέστερη. Απαραίτητα στη συγκεκριμένη μέθοδο είναι ο συντελεστής εκπομπής (ε) της γήινης επιφάνειας και ο συντελεστής ατμοσφαιρικής διαπερατότητας (τ). Το τ λαμβάνεται από την ιστοσελίδα της γεωλογικής υπηρεσίας Ηνωμένων Πολιτειών (USGS) ανάλογα με το χρόνο λήψης της εικόνας και το κεντρικό γεωγραφικό πλάτος και μήκος της, ενώ το ε υπολογίζεται από ένα σύνολο τιμών NDVI. Η επίδραση της τοπογραφίας στην θερμοκρασία της γήινης επιφάνειας ελέγχεται από το υψόμετρο, τον προσανατολισμό και την κλήση. Η διόρθωση προκύπτει μετά από γραμμική παλινδρόμηση στην οποία συμπεριλαμβάνονται το υψόμετρο (Altitude) και η μεταβλητή Hillshade που εμπεριέχει τον προσανατολισμό και την κλήση.
Μετρήσεις εδαφικού αερίου ραδονίου
Οι μετρήσεις του ραδονίου γίνανε σε 15 προφίλ κατά μήκος και μεταξύ των τριών ρηγμάτων (F1, F2, F3) (Εικόνα 2). Σε περιοχές όπου αναβλύζουν γεωθερμικά ρευστά η πτητικότητα του ραδονίου είναι μεγαλύτερη και έτσι αναδύεται περισσότερο στην επιφάνεια. Για το λόγο αυτό, στις ζώνες υψηλής ανίχνευσης ραδονίου αναμένεται να υπάρχει περισσότερη θερμική ενέργεια και άρα πιθανό γεωθερμικό πεδίο.
Αποτελέσματα
Θερμοκρασία γήινης επιφάνειας (LST)
Από τις επιμέρους περιοχές που μελετήθηκαν , οι δύο (Wenjia, Hongjiang) έχουν γνωστό γεωθερμικό δυναμικό που αναπτύσσεται επάνω στη ζώνη ρηγμάτων μεγάλου μήκους και βάθους (Εικόνα 3). Σε δύο άλλες (Tangjiashan, Sanjiang) παρατηρείται σχετικά αυξημένη LST σε σχέση με τις γύρω περιοχές. Επίσης, αυτές βρίσκονται επάνω στη ζώνη μεγάλων ρηγμάτων και ανάμεσα στις περιοχές με το ήδη γνωστό γεωθερμικό δυναμικό. Οπότε οι περιοχές αυτές χαρακτηρίζονται ως υποψήφιες για γεωθερμική διερεύνηση.
Συγκέντρωση ραδονίου KQ κατά μήκος των ρηγμάτων
Η συγκέντρωση του ραδονίου, K(Q), στα προφίλ κατά μήκος των ζωνών ρηγμάτων παρουσιάζει μεγάλη μεταβλητότητα (Εικόνα 4). Στις επιμέρους περιοχές μελέτης κατατάσσεται ως εξής : Tangjiashan > Sanjiang > Hongjiang > Wenjia.
Συζήτηση
Σύμφωνα με την κοινή ερμηνεία των δεδομένων που προέκυψαν από την τηλεπισκόπηση θερμικής υπέρυθρης ακτινοβολίας και τις δειγματοληψίες ραδονίου, η περιοχή Tangjiashan παρουσιάζει το μεγαλύτερο ενδιαφέρον για τη διερεύνηση του γεωθερμικού της δυναμικού.
Συμπεράσματα
Από τα δεδομένα τηλεπισκόπησης θερμικής υπέρυθρης ακτινοβολίας με τις απαραίτητες διορθώσεις λόγω τοπογραφίας προέκυψε ο χάρτης θερμοκρασίας γήινης επιφάνειας της περιοχής μελέτης. Σε συνδυασμό με ήδη γνωστά γεωλογικά και γεωθερμικά χαρακτηριστικά της περιοχής, καταδείχθηκαν επιμέρους περιοχές εν δύναμη γεωθερμικού δυναμικού. Από τις δειγματοληπτικές μετρήσεις συγκέντρωσης ραδονίου στο έδαφος προέκυψε συσχέτιση με την θερμοκρασία της γήινης επιφάνειας, γεγονός που κατέστησε την περιοχή Tangjiashan ως πρωταρχικό στόχο για ερευνητική γεώτρηση. Η ακρίβεια της μεθόδου που ακολουθήθηκε επιβεβαιώνεται μετά την επιτυχή γεώτρηση στο σημείο που καταδείχθηκε, από την οποία προέκυψε γεωθερμικό ρευστό 45◦C. Συμπεραίνεται ότι η παραπάνω μέθοδος μπορεί να καθοδηγήσει έρευνες γεωθερμικού δυναμικού και σε άλλες περιοχές δύσκολης προσβασιμότητας.
